Einführung in RAID, Konzepte von RAID und RAID-Levels - Teil 1

RAID ist ein redundantes Array von preiswerten Festplatten, aber heutzutage wird es als Redundant Array of Independent Drives bezeichnet. Früher war es sehr teuer, eine noch kleinere Festplatte zu kaufen, aber heute können wir eine große Festplatte mit der gleichen Menge wie früher kaufen. RAID ist nur eine Sammlung von Festplatten in einem Pool, die zu einem logischen Volume werden.

Raid enthält Gruppen oder Sets oder Arrays. Eine Kombination von Treibern bildet eine Gruppe von Festplatten, um ein RAID-Array oder RAID-Set zu bilden. Es kann sich um mindestens 2 Festplatten handeln, die mit einem RAID-Controller verbunden sind, und es können sich ein logisches Volume oder mehr Laufwerke in einer Gruppe befinden. In einer Gruppe von Festplatten kann nur eine RAID-Stufe angewendet werden. Raid wird verwendet, wenn wir eine hervorragende Leistung benötigen. Je nach ausgewähltem Raid-Level unterscheidet sich die Leistung. Rettung unserer Daten durch Fehlertoleranz & Hochverfügbarkeit.

Diese Serie trägt den Titel Vorbereitung auf die Einrichtung von RAID ́s durch die Teile 1-9 und behandelt die folgenden Themen.

Dies ist der Teil 1 einer 9-Tutorial-Reihe, hier behandeln wir die Einführung von RAID, Konzepte von RAID und RAID Levels, die für die Einrichtung von RAID unter Linux erforderlich sind.

Software-RAID und Hardware-RAID

Software-RAID haben eine geringe Leistung, da Ressourcen von Hosts verbraucht werden. Raid-Software muss geladen werden, um Daten von Software-Raid-Volumes lesen zu können. Vor dem Laden der Raid-Software muss das Betriebssystem booten, um die Raid-Software zu laden. Keine physische Hardware bei Software-Raids erforderlich. Null Kosten.

Hardware-RAID haben eine hohe Leistung. Es handelt sich um dedizierte RAID-Controller, die physisch mit PCI-Express-Karten aufgebaut sind. Die Hostressource wird nicht verwendet. Sie verfügen über NVRAM für den Cache zum Lesen und Schreiben. Speichert den Cache während der Wiederherstellung, auch wenn es zu einem Stromausfall kommt, wird der Cache mithilfe von Batteriestromsicherungen gespeichert. Für einen großen Maßstab sind sehr kostspielige Investitionen erforderlich.

Die Hardware-RAID-Karte sieht wie folgt aus:

Vorgestellte Konzepte von RAID

1. Die Paritätsmethode im Raid generiert den verlorenen Inhalt aus paritätsgespeicherten Informationen. RAID 5, RAID 6 basierend auf Parität.
2. Stripe gibt Daten nach dem Zufallsprinzip an mehrere Festplatten weiter. Dadurch werden keine vollständigen Daten auf einem einzelnen Datenträger gespeichert. Wenn wir 3 Festplatten verwenden, befindet sich die Hälfte unserer Daten auf jeder Platte.
3. Die Spiegelung wird in RAID 1 und RAID 10 verwendet. Bei der Spiegelung wird eine Kopie derselben Daten erstellt. In RAID 1 wird derselbe Inhalt auch auf der anderen Festplatte gespeichert.
4. Hot Spare ist nur ein Ersatzlaufwerk auf unserem Server, das die ausgefallenen Laufwerke automatisch ersetzen kann. Wenn eines der Laufwerke in unserem Array ausfällt, wird dieses Hot-Spare-Laufwerk verwendet und automatisch neu erstellt.
5. Chunks sind nur eine Datengröße, die mindestens 4 KB und mehr betragen kann. Durch die Definition der Chunk-Größe können wir die I/O-Leistung erhöhen.

RAID's gibt es in verschiedenen Leveln. Hier sehen wir nur die RAID-Level, die hauptsächlich in der realen Umgebung verwendet werden.

1. RAID0=Streifen
2. RAID1=Spiegelung
3. RAID5=Verteilte Parität mit einer Festplatte
4. RAID6=Verteilte Parität mit doppelter Festplatte
5. RAID10=Kombination aus Mirror & Stripe. (Verschachteltes RAID)

RAID werden in den meisten Linux-Distributionen mit dem mdadm-Paket verwaltet. Werfen wir einen kurzen Blick auf die einzelnen RAID-Level.

RAID 0 (oder) Striping

Striping hat eine hervorragende Leistung. In Raid 0 (Striping) werden die Daten mit der gemeinsamen Methode auf die Festplatte geschrieben. Die Hälfte des Inhalts befindet sich auf einer Festplatte und die andere Hälfte wird auf eine andere Festplatte geschrieben.

Nehmen wir an, wir haben 2 Laufwerke, zum Beispiel, wenn wir Daten "TECMINT" auf ein logisches Volume schreiben, werden sie gespeichert, da 'T' auf der ersten Festplatte und 'E' auf der zweiten Festplatte gespeichert wird und 'C' auf der ersten Festplatte gespeichert wird und wieder 'M' auf der zweiten Festplatte gespeichert wird und es im Round-Robin-Prozess weitergeht.

In dieser Situation, wenn eines der Laufwerke ausfällt, verlieren wir unsere Daten, da die Hälfte der Daten von einer der Festplatten nicht zum Wiederherstellen des Überfalls verwendet werden kann. Aber im Vergleich zu Schreibgeschwindigkeit und Leistung ist RAID 0 ausgezeichnet. Wir benötigen mindestens 2 Festplatten, um ein RAID 0 (Striping) zu erstellen. Wenn Sie Ihre wertvollen Daten benötigen, verwenden Sie diese RAID-STUFE nicht.

1. Hochleistung.
2. Es gibt keinen Kapazitätsverlust in RAID 0
3. Null Fehlertoleranz.
4. Schreiben und Lesen sind eine gute Leistung.

RAID 1 (oder) Spiegelung

Spiegelungen haben eine gute Leistung. Durch die Spiegelung kann eine Kopie der gleichen Daten erstellt werden, die wir haben. Angenommen, wir haben zwei Nummern von 2 TB Festplatten, insgesamt haben wir dort 4 TB, aber bei der Spiegelung, während sich die Laufwerke hinter dem RAID-Controller befinden, um ein logisches Laufwerk zu bilden, können wir nur die 2 TB des logischen Laufwerks sehen.

Während wir alle Daten speichern, werden beide 2-TB-Laufwerke geschrieben. Mindestens zwei Laufwerke sind erforderlich, um ein RAID 1 oder einen Mirror zu erstellen. Wenn ein Festplattenfehler aufgetreten ist, können wir das RAID-Set reproduzieren, indem wir eine neue Festplatte ersetzen. Wenn eine der Festplatten in RAID 1 ausfällt, können wir die Daten von der anderen Festplatte abrufen, da sich auf der anderen Festplatte eine Kopie desselben Inhalts befand. Es gibt also keinen Datenverlust.

1. Gute Leistung.
2. Hier geht die Hälfte der Fläche an Gesamtkapazität verloren.
3. Volle Fehlertoleranz.
4. Der Wiederaufbau wird schneller vonstattengehen.
5. Die Schreibleistung ist langsam.
6. Lesen wird gut sein.
7. Kann für Betriebssysteme und Datenbanken für kleine Skalen verwendet werden.

RAID 5 (oder) Verteilte Parität

RAID 5 wird hauptsächlich auf Unternehmensebene verwendet. RAID 5 arbeitet nach der Methode der verteilten Parität. Paritätsinformationen werden verwendet, um die Daten neu zu erstellen. Es wird auf der Grundlage der Informationen neu erstellt, die auf den verbleibenden fehlerfreien Laufwerken verbleiben. Dies schützt unsere Daten vor Laufwerksausfällen.

Nehmen wir an, wir haben 4 Laufwerke, wenn ein Laufwerk ausfällt und wir das ausgefallene Laufwerk ersetzen, können wir das ersetzte Laufwerk aus den Paritätsinformationen neu erstellen. Paritätsinformationen werden auf allen 4 Laufwerken gespeichert, wenn wir 4 Nummern von 1TB Festplatte haben. Die Paritätsinformationen werden in jedem Treiber in 256 GB gespeichert, und andere 768 GB in jedem Laufwerk werden für Benutzer definiert. RAID 5 kann von einem Ausfall eines einzelnen Laufwerks überlebt werden, Wenn ein Ausfall von mehr als 1 Laufwerk zu Datenverlust führt.

1. Hervorragende Leistung
2. Das Lesen wird extrem sehr schnell sein.
3. Das Schreiben ist durchschnittlich, langsam, wenn wir keinen Hardware-RAID-Controller verwenden.
4. Erstellen Sie die Paritätsinformationen von allen Laufwerken neu.
5. Volle Fehlertoleranz.
6. 1 Der Speicherplatz wird unter Parität angezeigt.
7. Kann in Dateiservern, Webservern und sehr wichtigen Backups verwendet werden.

RAID 6 Verteilte Festplatte mit zwei Paritäten

RAID 6 ist identisch mit RAID 5 mit verteilten Systemen mit zwei Paritäten. Wird hauptsächlich in einer großen Anzahl von Arrays verwendet. Wir benötigen mindestens 4 Laufwerke, selbst wenn 2 Laufwerke ausfallen, können wir die Daten wiederherstellen, während wir neue Laufwerke ersetzen.

Sehr langsamer als RAID 5, da es Daten auf alle 4 Treiber gleichzeitig schreibt. Die Geschwindigkeit ist durchschnittlich, wenn wir einen Hardware-RAID-Controller verwenden. Wenn wir 6 Nummern von 1-TB-Festplatten haben, werden 4 Laufwerke für Daten und 2 Laufwerke für die Parität verwendet.

1. Schlechte Leistung.
2. Die Leseleistung wird gut sein.
3. Die Schreibleistung ist schlecht, wenn wir keinen Hardware-RAID-Controller verwenden.
4. Wiederherstellung aus 2 Parity Drives.
5. Volle Fehlertoleranz.
6. 2 Festplattenspeicher wird unter Parität angezeigt.
7. Kann in großen Arrays verwendet werden.
8. Kann zu Backup-Zwecken, Video-Streaming und in großem Umfang verwendet werden.

RAID 10 (oder) Mirror & Stripe

RAID 10 kann als 1+0 oder 0+1 bezeichnet werden. Damit werden beide Arbeiten von Mirror & Striping gemacht. Mirror ist der erste und Stripe der zweite in RAID 10. Stripe wird der erste und Spiegel der zweite in RAID 01 sein. RAID 10 ist im Vergleich zu 01 besser.

Angenommen, wir haben 4 Laufwerke. Während ich einige Daten auf mein logisches Volume schreibe, werden sie unter allen 4 Laufwerken mit den Methoden Mirror und Stripe gespeichert.

Wenn ich eine "TECMINT"-Datei in RAID 10 schreibe, werden die Daten wie folgt gespeichert. Das erste "T" schreibt auf beide Festplatten und das zweite "E" auf beide Festplatten, dieser Schritt wird für alle Datenschreibvorgänge verwendet. Es wird auch eine Kopie aller Daten auf eine andere Festplatte erstellt.

Gleichzeitig wird die RAID 0-Methode verwendet und Daten wie folgt geschrieben: "T" schreibt auf die erste Festplatte und "E" auf die zweite Festplatte. Auch hier schreibt "C" auf die erste Festplatte und "M" auf die zweite Festplatte.

1. Gute Lese- und Schreibleistung.
2. Hier geht die Hälfte der Fläche an Gesamtkapazität verloren.
3. Fehlertoleranz.
4. Schnelle Wiederherstellung nach dem Kopieren von Daten.
5. Kann im Datenbankspeicher für hohe Leistung und Verfügbarkeit verwendet werden.

Schlussfolgerung

In diesem Artikel haben wir gesehen, was RAID ist und welche Ebenen in RAID in der realen Umgebung am häufigsten verwendet werden. Ich hoffe, Sie haben den Artikel über RAID gelernt. Für die RAID-Einrichtung muss man die grundlegenden Kenntnisse über RAID kennen. Die oben genannten Inhalte vermitteln ein grundlegendes Verständnis von RAID.

In den nächsten Artikeln werde ich mich mit dem Einrichten und Erstellen eines RAID mit verschiedenen Ebenen, dem Vergrößern einer RAID-Gruppe (Array) und der Fehlerbehebung bei ausgefallenen Laufwerken und vielem mehr befassen.